(57)【要約】 【課題】  容器内の温度分布の不均一を解消して、所望の加湿量のガスを得ることが可能な加湿制御装置を提供する。【解決手段】  加湿制御装置は、水を貯留することで気相部と液相部が存在する容器と、液相部の中にガスを供給するガス供給口と、気相部からガスを排出するガス排出口を有する。また、加湿制御装置は、液相部の温度を変化させる水温調整手段と、液相部と気相部との間で循環流路を用いて水を循環させる水循環手段と、を有する。水循環手段は水温調整手段により温度変化された水を気相部に循環するため、液相部と気相部の間で熱交換が行われる。これにより、液相部の温度変化に対する気相部の温度変化の遅れが減少される。これにより、所望の加湿量に設定されたガスを即座に得ることが可能となる。【選択図】      図２
2006004674.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
水を貯留することで気相部と液相部が存在する容器と、
前記液相部にガスを供給するガス供給口と、
前記気相部からガスを排出するガス排出口と、
前記ガス排出路から排出されるガスの要求加湿量を設定する要求加湿量設定手段と、
前記要求加湿量設定手段により設定された要求加湿量に応じて、前記液相部の温度を変化させる水温調整手段と、
循環流路を用いて前記液相部の水を前記気相部に循環させる水循環手段と、を備えることを特徴とする加湿制御装置。
【請求項２】
前記水循環手段は、前記ガス排出口付近に前記容器内の水を循環させることを特徴とする請求項１に記載の加湿制御装置。
【請求項３】
前記水温調整手段は、前記液相部を加熱する加熱手段と、前記液相部を冷却する冷却手段と、を有し、
前記循環流路は、前記加熱手段の付近に配置される第１の開口部と、前記第１の開口部より前記冷却手段の付近に配置される第２の開口部と、を有し、
前記水循環手段は、前記循環流路内に前記液相部の水を循環させるポンプを有し、
前記ポンプは、前記加熱手段が前記液相部の温度を上昇させる場合には、前記第１の開口部から水を流入させ、
前記冷却手段が前記液相部の温度を低下させる場合には、前記第２の開口部から水を流入させることを特徴とする請求項１又は２に記載の加湿制御装置。
【請求項４】
前記水循環手段は、前記ガス供給口から供給されるガス量が多いほど循環を行う時間を短くすることを特徴とする請求項１及至３のいずれか一項に記載の加湿制御装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、燃料電池システムなどに設けられる加湿制御装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
一般にバブリング型加湿器を用いた加湿制御装置が知られている（例えば特許文献１参照）。特許文献１に記載のバブリング型加湿器は、温度調整用のヒーターと水を貯留するタンクを有しており、ガスをタンク内に供給し、水中を通過させることで加湿させる。ヒーターはタンク近傍に設けられ、タンクに貯留された水を加熱する。特許文献１では、バブリング型加湿器の上面（ふた）にも加熱するヒーターを設け、加湿器の上面の温度を温水の温度に近い状態に保持するといった技術が記載されている。
【０００３】
また、特許文献２には、加湿器の出口通路を加熱するヒーターを設けて加湿ガスの温度制御を行う制御技術が記載されている。特許文献３には、加湿後のガスを目標ガス温度に調整する加湿制御装置が記載されている。特許文献４には、蓄水部の水で噴霧を形成し、この噴霧の中をオゾンを通過させることにより加湿する加湿制御装置が記載されている。
【０００４】
しかし、上記の各文献に記載された技術には、以下のような問題点がある。特許文献１に記載された技術においては、温水の温度制御と上面の温度制御とを別々に行うため、制御が複雑である。この場合、断熱材を利用したとしても温水の温度を低下させる際に温度変化が遅れてしまう。また、特許文献１及至４に記載された技術では、加湿制御のために装置を加熱又は冷却した際に、加湿制御装置内にて不均一な温度分布が生じ、加湿ガスが所望の露点温度に達するのに時間がかかる場合があった。即ち、加湿ガスが所望の加湿量になるまでに時間を要する場合があった。
【０００５】
【特許文献１】特開２０００−６７８９３号公報
【特許文献２】特開２００３−２７９４６５号公報
【特許文献３】特開２００３−３１２４２号公報
【特許文献４】特開平５−２７２７８７号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
本発明は、このような問題点を解決するためになされたもので、その目的とするところは、容器内の温度分布の不均一を解消して、所望の加湿量のガスを応答性よく得ることが可能な加湿制御装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００７】
本発明の１つの観点では、加湿制御装置は、水を貯留することで気相部と液相部が存在する容器と、前記液相部にガスを供給するガス供給口と、前記気相部からガスを排出するガス排出口と、前記ガス排出路から排出されるガスの要求加湿量を設定する要求加湿量設定手段と、前記要求加湿量設定手段により設定された要求加湿量に応じて、前記液相部の温度を変化させる水温調整手段と、循環流路を用いて前記液相部の水を前記気相部に循環させる水循環手段と、を備える。
【０００８】
上記の加湿制御装置は、供給されるガスを加湿し、この加湿されたガスを排出する装置である。加湿制御装置は、水を貯留することで気相部と液相部が存在する容器を有する。液相部には、ガス供給口よりガスが供給される。供給されたガスは、液相部を通過して気相部に達する。気相部には、加湿されたガスが貯留されている。気相部に貯留されたガスは、新規ガスの流入により押し出されて、ガス排出口より排出される。
【０００９】
上記の加湿制御装置は、要求加湿量設定手段により設定された要求加湿量に応じて液相部の温度を変化させる水温調整手段を有する。水温調整手段は、排出されるガスを所望の加湿量に設定するために液相部の温度をコントロールする。更に、加湿制御装置は、循環流路を用いて液相部の水を気相部に循環させる水循環手段を有する。水循環手段は、温度変化された液相部の水を気相部に循環するため、液相部と気相部の間で効果的に熱交換が行われる。したがって、液相部と気相部における温度分布の不均一が減少される。即ち、液相部の温度変化に対する気相部の温度の応答遅れが小さくなる。これにより、所望の加湿量に設定されたガスを少ない応答遅れで得ることが可能となる。また、気相部と液相部との熱変換を単一の制御部にて実現できるため、加湿制御装置を簡便な構成にすることができる。更に、循環流路を用いているので、ガス排出口への水（液滴）の持ち込みが生じることはない。
【００１０】
上記の加湿制御装置の一態様では、前記水循環手段は、前記ガス排出口付近に前記容器内の水を循環させる。
【００１１】
この態様では、水循環手段は、ガス排出口付近に容器内の水を循環させる。排出されるガスの温度は、単純に液相部と気相部の温度不均一による影響以外に、気相部内の温度不均一の影響も受ける。よって、水循環手段がガス排出口付近に容器内の水を循環させることにより、少なくともガス排出口付近に存在し、外部は排出されるガスに対して確実に熱交換することができる。これにより、加湿制御装置は、精度良く所望の加湿量のガスを排出することができる。
【００１２】
上記の加湿制御装置の他の一態様では、前記水温調整手段は、前記液相部を加熱する加熱手段と、前記液相部を冷却する冷却手段と、を有し、前記循環流路は、前記加熱手段の付近に配置される第１の開口部と、前記第１の開口部より前記冷却手段の付近に配置される第２の開口部と、を有し、前記水循環手段は、前記循環流路内に前記液相部の水を循環させるポンプを有し、前記ポンプは、前記加熱手段が前記液相部の温度を上昇させる場合には、前記第１の開口部から水を流入させ、前記冷却手段が前記液相部の温度を低下させる場合には、前記第２の開口部から水を流入させる。
【００１３】
この態様では、水温調整手段は、液相部を加熱する加熱手段と、液相部を冷却する冷却手段により構成される。また、循環流路は、加熱手段の付近に配置される第１の開口部と、第１の開口部よりも冷却手段の付近に配置される第２の開口部を有する。更に、ポンプは、循環流路内に液相部の水を循環させる。この場合、ポンプは、加熱手段が液相部の温度を上昇させる場合には第１の開口部から水を流入させる。これにより、循環流路には、加熱手段により十分に加熱された水（即ち、液相部内で最も高温である水）が流れるため、効果的に気相部の温度を上げることができる。一方、冷却手段が液相部の温度を低下させる場合には第２の開口部から水を流入させる。これにより、循環流路には、冷却手段により十分に冷却された水（即ち、液相部内で最も低温である水）が流れるため、効果的に気相部の温度を下げることができる。以上により、液相部に対する気相部の温度変化の応答遅れを、更に減少させることができる。
【００１４】
上記の加湿制御装置の他の一態様では、前記水循環手段は、前記ガス供給口から供給されるガス量が多いほど循環を行う時間を短くする。
【００１５】
この態様では、水循環手段は、加湿制御装置に流入するガス量が大きい場合には、循環を行う時間を短くする。流入する流量が小さいときは、装置内での温度分布の不均一が生じやすい。一方、流量が大きいときは、装置内の温度分布の不均一が生じにくい。これにより、流量が小さいときには熱交換を積極的に実行し、流量が大きいときは熱交換を行う時間を短くする。これにより、熱交換を実行する時間が短縮されるので、エネルギー消費を少なくすることができる。また、熱交換を常時行わなくてよいため、熱交換を行う装置を小型化することができる。
【００１６】
なお、上記の加湿制御装置は好適には燃料電池システムに備えられる。前述した加湿制御装置は、燃料電池に供給するガスを加湿する。加湿制御装置は、燃料電池に精度良く加湿されたガスを供給することができる。これにより、燃料電池の発電効率の向上を図ることができる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１７】
以下、図面を参照して本発明の好適な実施の形態について説明する。
【００１８】
［燃料電池システム］
まず、本実施形態に係る加湿制御装置の適用例について説明する。図１は、本実施形態に係る加湿制御装置３０ａ、３０ｂを備える燃料電池システム５０の概略構成図である。
【００１９】
燃料電池システム５０は、加湿制御装置３０ａ、３０ｂと、燃料電池（燃料電池スタック）５１と、コントローラ５２と、供給流路５３ａ、５３ｂと、排出流路５４ａ、５４ｂとを備える。燃料電池システム５０は、燃料電池自動車（以下、単に「車両」とも呼ぶ）などに搭載することが可能なシステムである。なお、図１において実線で示す矢印は、ガスの流れを示すものとする。
【００２０】
燃料電池５１は、電解質膜の両面に、ガスが拡散可能な多孔質層等の構造を有する電極を成膜した電池セルを層間に導電性のセパレータを挟んで積層したもので、積層数に応じた出力電圧を取り出すことができる。図中には、説明の便宜のため電解質膜面にカソード極（空気極）５１ａと、アノード極（燃料極）５１ｂが形成された電池セルの構造のみを示している。カソード極５１ａには供給流路５３ａより空気（エア）が供給される。また、アノード極５１ｂには供給流路５３ｂより燃料（水素）が供給される。燃料電池５１内では、供給される空気と水素が化学反応を起こすことにより電力が生成される。
【００２１】
燃料電池５１は、車両駆動用のモータの給電源であり、直流の高電圧を発生する。燃料電池５１の発電電圧は、モータに指令トルク等に応じた電流を供給する図示しないインバータなどに出力する。また、燃料電池５１の発電電圧は、ＤＣ−ＤＣコンバータで降圧されて、車両に搭載される種々の補機や、これらへの給電用の二次電池であるバッテリーに出力する。
【００２２】
供給流路５３ａ、５３ｂ上には、それぞれ加湿制御装置３０ａ、３０ｂが設けられている。加湿制御装置３０ａ、３０ｂは、燃料電池５１に供給するガスを加湿する装置である。燃料電池５１の電解質膜は、反応の際のイオン伝導度を維持するためにある程度の湿度を維持する必要がある。そのため、加湿制御装置３０ａ、３０ｂは燃料電池５１に供給するガスを加湿する。この電解質膜は供給される加湿量が過多であると反応ガスの拡散が妨害される場合があるため（即ち、「フラッディング」）、燃料電池５１には適切な加湿量のガスを供給する必要がある。本実施形態に係る加湿制御装置３０ａ、３０ｂは、要求される加湿量に精度良く設定されたガスを供給することが可能であり、排出するガスが要求加湿量となるように加湿制御装置３０ａ、３０ｂ内の構成要素が制御される。この加湿制御装置３０ａ、３０ｂについては、詳細は後述する。なお、加湿制御装置３０ａ、３０ｂは、それぞれコントローラ５２から供給される制御信号Ｓ１、Ｓ２により制御される。
【００２３】
燃料電池５１は、排出流路５４ａ、５４ｂより排気を排出する。排出流路５４ａには、カソード極５１ａより排出される空気などのガスが流通する。排出流路５４ｂには、アノード極５１ｂより排出される未反応の水素、水蒸気などのガスが流通する。
【００２４】
コントローラ５２は、ＣＰＵ、ＲＯＭ、ＲＡＭ、Ａ／Ｄ変換器及び入出力インタフェイスなどを含んで構成される。コントローラ５２は、燃料電池システム５０の状況や要求出力などに応じて、加湿制御装置３０ａ、３０ｂが排出すべきガスの要求加湿量を設定する。そして、この要求加湿量のガスが排出されるように、コントローラ５２は制御信号Ｓ１、Ｓ２を供給して加湿制御装置３０ａ、３０ｂを制御する。即ち、コントローラ５２は、要求加湿量を設定する要求加湿量設定手段として機能すると共に、この要求加湿量に応じて加湿制御装置３０ａ、３０ｂを制御する制御手段として機能する。なお、燃料電池システム５０が車両に搭載される場合は、車両内のＥＣＵ（Engine Control System）がコントローラ５２の役割を担うことができる。
【００２５】
［加湿制御装置の構成］
以下では、本発明の実施形態に係る加湿制御装置について説明する。
【００２６】
（第１実施形態）
図２は、本発明の第１実施形態に係る加湿制御装置３０ａ、３０ｂを示す概略構成図である。なお、加湿制御装置３０ａ及び３０ｂは同一の構造を有するので、以下、それらを代表して加湿制御装置３０として説明する。
【００２７】
加湿制御装置３０は、主に、バブラー本体１と、ガス供給口３と、ガス排出口４と、ヒーター５と、冷却機構６と、循環流路１１と、ポンプ１２とを備えている。図２において、実線矢印はガスの流れを示す。加湿制御装置３０は、前述した燃料電池システム５０などに搭載することが可能である。なお、本発明の加湿制御装置３０は燃料電池システム５０に適用することに限定されない。加湿制御装置３０は、加湿ガスを用いる種々の装置に適用することができる。
【００２８】
加湿制御装置３０には、ガス供給口３よりガスが流入する。ガス供給口３は、バブラー本体１の下方部に設けられている。また、ガス供給口３は、ガス供給流路３ａに接続されている。ガス供給流路３ａには、加湿制御装置３０が加湿すべきガスが流通する。
【００２９】
バブラー本体１は、液体（水）を貯留する容器として機能する。バブラー本体１は、その上部に存在するバブラー上部１ａによって密閉されている。バブラー上部１ａは、バブラー本体１の上部を塞ぐ「蓋」などで構成される。このバブラー上部１ａは、バブラー本体１と別途に形成することに限定されず、バブラー上部１ａを、バブラー本体１と一体形成してもよい。この場合は、バブラー上部１ａは、単にバブラー本体１の上部に位置する部分に該当する。バブラー本体１内には、水を貯留している液相部２と、気相部１０とが存在する。液相部２には、ガス供給口３より流入したガスが通過していく。これにより、ガスが加湿される。この加湿されたガスは、液相部２から出て気相部１０へ入る。
【００３０】
気相部１０は、液相部２を通過したガス（即ち、加湿されたガス）が充満している。上記のように液相部２からガスが供給されることにより、気相部１０内に充満するガスが押し出され、ガス排出口４より排出される。ガス排出口４は、バブラー上部１ａに設けられている。ガス排出口４にはガス排出流路４ａが接続されており、加湿されたガスはガス排出路４ａに排出される。
【００３１】
なお、バブラー本体１内に気相部１０が設けられている理由は、水の持ち去り現象を防止するためである。図１に示すように、加湿制御装置３０は燃料電池５１へ供給されるガスを加湿するために設けられる。バブラー本体１内をほぼ水で満たし、気相部を設けなくてもガスの加湿は可能であるが、そうすると、液相部２で加湿されたガスのみでなく、加湿されたガスに混ざって水滴が燃料電池５１へ供給され（これを「水の持ち去り現象」と呼ぶ。）、燃料電池５１内部において水滴によるガス流路の閉塞が生じる恐れがある。これを防止するために、バブラー本体１内には気相部が設けられているのである。
【００３２】
次に、液相部２からの水の跳ね上がり現象について、図６を用いて説明する。矢印Ｉで示すように、ガスは、水を跳ね上げながら液相部２から飛び出していく。そして、液相部２からガスが供給されることにより、気相部１０内に充満するガスが押し出されてガス排出口４より排出される（矢印Ｊで示す）。このとき、跳ね上げられた水（液滴）がガス排出口４に入り込むと、液滴は流路４ａを通り、ガスの流れにのり燃料電池５１に流入してしまう。気相部１０は、この液滴の侵入を防止する効果も有する。つまり、気相部１０は、ガスの気液分離機能を有する。このような観点から、気相部１０は、跳ね上げられた水がガス排出口４に入り込まないように、具体的には図６において距離Ｈ２が距離Ｈ１よりも常に大きくなるように設けられている。
【００３３】
次に、図２に戻って、加湿制御装置３０が行う加湿量の制御について説明する。加湿量は、バブラー本体１内の温度と圧力に依存するが、ここでは説明の便宜上、温度に関してのみ説明を行う。ガスが含むことのできる水分量は、熱交換時間が充分であればガスの温度に依存する。よって、加湿制御装置３０は、ガスの露点温度を目標温度に設定することで、要求加湿量に設定されたガスを排出する。本実施形態では、バブラー本体１に貯留された水（液相部２）の温度を調節することで、加湿量を制御する。
【００３４】
具体的には、加湿制御装置３０は、ヒーター５と、冷却機構６を用いて液相部２の温度を調節する。ヒーター５は、液相部２の水を加熱する。例えば、ヒーター５は、バブラー本体１の下方の側面（即ち、液相部２の外側面）を覆うように配置されている。ヒーター５は、流れる電流量に応じた熱量を放出する。よって、ヒーター５へ流す電流を大にすると、液相部２の温度は上昇していき、高温になる。なお、ヒーター５は、液相部２の中に入れてもよい。
【００３５】
冷却機構６は、ポンプ７と、冷却用熱交換器８と、冷却用流路９と、を備える。冷却用流路９は、バブラー本体１に接続されている。冷却用流路９中には、ポンプ７と冷却用熱交換器８が設けられている。ポンプ７を駆動することにより冷却用流路９内に液相部２の水を流入させる。そして、冷却用流路９内の水は、冷却用熱交換器８を通過する。このとき、冷却用熱交換器８は通過した水を冷却する。よって、冷却用流路９内に多量の水を通過させると、液相部２の温度は下降していき、低温になっていく。
【００３６】
以上のように、ヒーター５は加熱手段として機能し、冷却機構６は冷却手段として機能する。よって、ヒーター５及び冷却機構６は、加湿制御装置３０内で水温調整手段として機能する。なお、ヒーター５、ポンプ７、及び冷却用熱交換器８は、加湿制御装置３０内のコントローラ（図示しない）から供給される制御信号によって制御される。
【００３７】
コントローラは、様々なパラメーター（加湿制御装置３０内部の状態のみならず、加湿制御装置３０外部の状態も含む）を取得して、加湿制御装置３０が排出すべきガスの要求加湿量を設定する。そして、この要求加湿量に応じて上記の水温調整手段を用いて液相部２の温度（水温）を制御する。したがって、コントローラは、要求加湿量設定手段及び水温制御手段として機能する。なお、本実施形態のように加湿制御装置３０が燃料電池システム５０に搭載される場合には、加湿制御装置３０内に別個のコントローラを設けず、前述したコントローラ５２がその機能を果たすことができる。
【００３８】
本実施形態に係る加湿制御装置３０は、更に、循環流路１１とポンプ１２を備える。循環流路１１の開口部は、液相部２に浸かっている。この開口部は、第１の開口部１１ａと第２の開口部１１ｂを有する。第１の開口部１１ａは液相部２内の水温の高い位置に配置され、第２の開口部１１ｂは液相部２内の水温の低い位置に配置される。よって、第１の開口部１１ａ及び第２の開口部１１ｂの実際の位置はバブラー本体１の構造に依存して決定されることになるが、本例では第１の開口部１１ａはヒーター５付近に位置するように配置され、第２の開口部１１ｂは冷却機構６から戻った冷却水の流入する部位付近又はヒーター５から最も遠い位置などに配置されることになる。
【００３９】
また、循環流路１１は、バブラー上部１ａを通過するように設けられている。ポンプ１２は、循環流路１１中に設けられている。ポンプ１２は、双方向に流体を流すことが可能なポンプであり、第１の開口部１１ａ及び第２の開口部１１ｂの一方から吸い上げた水を循環させて他方から液相部２内へ排出する。これにより、液相部２とバブラー上部１ａとの間で熱交換が行われる。即ち、バブラー上部１ａ及びガス排出口４付近の気相部１０の温度が液相部２の温度と近くなるため、結果として、液相部２とガス排出口４付近の気相部１０とが熱交換していることと同じ効果が得られる。このように、循環流路１１及びポンプ１２は、加湿制御装置３０内で水循環手段として機能する。なお、ポンプ１２も、前述した加湿制御装置３０内のコントローラ、又は燃料電池システム５０内のコントローラ５２から供給される制御信号によって制御される。
【００４０】
ここで、液相部２と気相部１０との間で行われる熱交換について説明する。通常の熱交換は、ガス供給流路３ａを通過して流入する気体と液相部２内の液体との間で行われると共に、気相部１０に残っている気体と液相部２から出てきた気体との間でも行われる。しかし、液体と気体は熱伝達率が異なる（気体は液体に比べ熱伝達率が小さい）ため、上記の熱交換のみでは、液相部２の温度変化に対して気相部１０の温度変化は遅れてしまう。即ち、気相部１０は、液相部２と同温度となるのに時間がかかってしまう。したがって、液相部２は適切な温度に設定されていても、気相部１０がその温度と離れているため、排出されるガスが要求加湿量でない場合がある。
【００４１】
このため、本実施形態に係る加湿制御装置３０は、循環流路１１を用いて水を循環させることにより、液相部２と気相部１０との熱交換が促進されるようにしている。これにより、液相部２の温度変化に対する、排出されるガスの温度の応答遅れを小さくすることができる。よって、所望の加湿量に設定されたガスを、少ない応答遅れで排出することが可能となる。
【００４２】
なお、上記ではバブラー上部１ａ内に水を循環させることによって液相部２と気相部１０との熱交換を行うものについて示したが、本発明の適用はこれに限定はされない。液相部２と気相部１０との間で熱交換ができれば、バブラー上部１ａ以外の場所に水を循環させてもよい。例えば、気相部１０内の空間に液相部２内の水を直接循環させてもよいし、バブラー本体１の側面付近に水を循環させてもよい。いずれにしても、液相部２と気相部１０との熱交換は、循環流路１１を用いて行うことが好適である。循環流路１１を用いて水を循環させると、ガス排出口４に液滴が侵入する可能性が少ないからである。
【００４３】
図３は、液相部２を加熱／冷却する際における（即ち、加湿量を増減する際）、循環流路１１内を循環させる水の方向について示した図である。なお、図３においては、説明の便宜上、第１の開口部１１ａは液相部２内で最も高温であるヒーター５付近に配置され、第２の開口部１１ｂは液相部２内で最も低温である液相部２のほぼ中央（図２に示すように、冷却機構６により冷却された液体は液相部２のほぼ中央に供給されるため）付近に配置されているものとする。
【００４４】
図３（ａ）は、液相部２を加熱する際の（加湿量を小から大にする場合）、循環流路１１を循環させる水の向きについて示している。液相部２の温度を昇温させるため、ポンプ７及び冷却用熱交換器８はオフにされ、ヒーター５がオンにされる。この場合、ヒーター５で加熱するのみでは、前述のように気相部１０の温度は液相部２の温度変化に対して遅れてしまう。よって、液相部２と気相部１０の間で効果的な熱交換を行う。具体的には、ヒーター５がオンにされると同時に、ポンプ１２は、ヒーター５付近に配置された第１の開口部１１ａより液相部２内の水を吸い上げ、第２の開口部１１ｂから排出して、図３（ａ）に示すように液相部２内の水を時計回りに循環させる。これにより、循環流路１１には、ヒーター５により十分に熱せられた水（即ち、液相部２内で最も高温である水）が流れるため、効果的に熱交換を行い、気相部１０の温度を上げることができる。即ち、気相部１０の温度変化に対する排出されるガスの応答遅れを減少させることができる。
【００４５】
図７（ａ）に液相部２を加熱する際の水及びバブラー上部１ａの温度変化の一例を示す。時刻ｔ２において、液相部２の加熱を開始すると、液相部２の水温はグラフ７４に従って比較的速やかに上昇するのに対し、バブラー上部１ａの温度は破線のグラフ７５に示すように緩やかに上昇する。ここで、上述のように循環流路１１を用いて熱交換を行うことにより、図中の矢印７６に示すように、バブラー上部１ａの温度上昇を促進して水温の温度上昇に近づけ、応答遅れを減少させることができる。
【００４６】
図３（ｂ）は、液相部２を冷却している際の（加湿量を大から小にする場合）、循環流路１１を循環させる水の向きについて示している。液相部２の温度を降温させるため、ヒーター５はオフにされ、ポンプ７及び冷却用熱交換器８がオンにされる。これと同時に、気相部１０の温度を迅速に下げるために、ポンプ１２は、最も低温である液相部２のほぼ中央に配置された第２の開口部１１ｂより水を吸い上げ、第１の開口部１１ａから排出して、図３（ｂ）に示すように液相部２内の水を反時計回りに循環させる。即ち、図３（ａ）で示した加熱する場合とは、水を流す向きが逆転される。以上により、循環流路１１には、冷却機構６により十分に冷却された水（即ち、液相部２内で最も低温である水）が流れるため、効果的に熱交換を行い、気相部１０の温度を下げることができる。即ち、排出されるガスの温度の応答遅れを減少させることができる。
【００４７】
図７（ｂ）に液相部２を冷却する際の水及びバブラー上部１ａの温度変化の一例を示す。時刻ｔ１において、液相部２の冷却を開始すると、液相部２の水温はグラフ７１に従って比較的速やかに下降するのに対し、バブラー上部１ａの温度は破線のグラフ７２に示すように緩やかに下降する。ここで、上述のように循環流路１１を用いて熱交換を行うことにより、図中の矢印７３に示すように、バブラー上部１ａの温度の下降を促進して水温の温度下降に近づけ、応答遅れを減少させることができる。
【００４８】
なお、循環流路１１を用いた水の循環は、要求加湿量に基づいて水温調整を実行する際（ヒーター５又は冷却機構６を作動させる際）に行うことに限定されない。例えば、加湿量を変化させるために水温調整を行うとき以外でも、例えば液相部２と気相部１０の温度差が所定量以上になった場合に定期的に行ってもよいし、常時行ってもよい。以上のような水の循環の実行（即ち、ポンプ１２の制御）に関する判断は、コントローラ（又は、コントローラ５２）によって行われる。
【００４９】
次に、循環流路１１の具体的な構成例について、図４と図５を用いて説明する。
【００５０】
図４は、循環流路１１の第１の構成例を示す図である。図４（ａ）は、バブラー本体１の斜視図を示す図である。図４（ｂ）は、図４（ａ）中の切断線Ｘ−Ｘ’に沿った水平断面図を示す。ヒーター５は、バブラー本体１の外側面を覆うように配置されている。循環流路１１は、第１の開口部１１ａと、第２の開口部１１ｂを有する。第１の開口部１１ａ及び第２の開口部１１ｂは、液相部２内に浸かっている。第１の開口部１１ａは、バブラー本体１の内側面付近に位置するように設けられている。また、第２の開口部１１ｂは、バブラー本体１の中心付近に位置するように設けられている。言い換えると、第１の開口部１１ａはヒーター５付近に配置され、第２の開口部１１ｂはヒーター５から最も離れた位置に配置されている。
【００５１】
更に、循環流路１１は、バブラー上部１ａ内を蛇行しながら通過している。即ち、循環流路１１は、バブラー上部１ａ内で流路総面積が大きくなるように通過している。これにより、循環流路１１を流通する液相部２の水は、バブラー上部１ａ及び気相部１０と効果的に熱交換することができる。なお、バブラー上部１ａ内における循環流路１１の形状は、図示したものに限定されない。
【００５２】
上記のように第１の開口部１１ａ及び第２の開口部１１ｂを配置するのは、効果的に液相部２と気相部１０との間で熱交換を行うためである。具体的には、液相部２を加熱している場合は、ポンプ１２は、ヒーター５付近に配置された第１の開口部１１ａより水を流入させて循環させる。第１の開口部１１ａはバブラー本体１内で最もヒーター５に近い位置に配置されているので、循環流路１１には液相部２内で最も高温である水を流すことができる。一方、液相部２の温度を冷却している場合は、ポンプ１２は、ヒーター５から離れた位置にある第２の開口部１１ｂより水を流入させて循環させる。第２の開口部１１ｂはバブラー本体１内で最もヒーター５から離れた位置に配置されているので、循環流路１１には液相部２内で最も低温である水を流すことができる。
【００５３】
なお、図４では冷却機構６が配置されている場所を示していないが、この場合には、冷却用流路９はバブラー本体１の中央部付近に接続されることが好適である。なお、必ずしも、第１の開口部１１ａをヒーター５の近傍に設置し、第２の開口部１１ｂを冷却機構６の近傍に設置しなくてもよい。つまり、第１の開口部１１ａは、冷却機構６による影響を受けずにヒーター５による効果を最も受けることができる位置に配置され、第２の開口部１１ｂは、ヒーター５による影響を受けずに冷却機構６による効果を最も受けることができる位置に配置されることが好適である。
【００５４】
図５は、循環流路１１の第２の構成例を示す図である。図５（ａ）は、バブラー本体１の斜視図を示す図である。図５（ｂ）は、図５（ａ）中の切断線Ｙ−Ｙ’に沿った水平断面図を示す。この場合、ヒーター５は、バブラー本体１の中心付近に位置するように設けられている。第１の開口部１１ａは、バブラー本体１の中心付近に位置するように設けられている。第２の開口部１１ｂは、バブラー本体１の内側面付近に位置するように設けられている。言い換えると、第１の開口部１１ａはヒーター５付近に配置され、第２の開口部１１ｂはヒーター５から離れた位置に配置されている。このようにヒーター５をバブラー本体１内部に設け、第１の開口部１１ａ及び第２の開口部１１ｂを配置しても、効果的に液相部２と気相部１０との間で熱交換を行うことができる。この場合には、冷却用流路９はバブラー本体１の外側面付近に接続されることが好適である。
【００５５】
なお、本発明の適用は、ヒーター５をバブラー本体１の中心付近に位置するように設けるものに限定されない。例えば、ヒーター５を第１の開口部１１ａの直下（図５（ａ）の矢印Ｐで示す位置）に設けてもよい。この場合は、ヒーター５により加熱された直後の液体が、対流により即座に第１の開口部１１ａに流入することになるため、更に効果的に熱交換を行うことができる。
【００５６】
更に、第１の開口部を図５（ｃ）に示すようなテーパー形状の開口部１１ａａとして形成し、ヒーター５を第１の開口部１１ａａの直下に設けてもよい。図５（ｃ）は、液体の流れ方向に平行な切断面に沿った第１の開口部１１ａａの断面図を示しており、第１の開口部１１ａａは終端部の方向に向かって広がっているテーパー形状を有している。第１の開口部１１ａａがこのようなテーパー形状を有することにより、矢印１１０ａで示すように広い範囲から液体を流入させることができるため、ヒーター５による効果的な熱交換を行うことができる。
【００５７】
また、第１の開口部を図５（ｄ）に示すような形状の開口部１１ａｂとして形成してもよい。図５（ｄ）も、液体の流れ方向に平行な切断面に沿った第１の開口部１１ａｂの断面図を示している。この場合は、ヒーター５を第１の開口部１１ａｂの空洞内に配置させている。第１の開口部１１ａｂは、その側面に複数の穴部１１ａｂａが設けられており、矢印１１０ｂで示すように穴部１１ａｂａから液体が第１の開口部１１ａｂ内に流入する。このように液体を流入させることにより、ヒーター５の周囲の液体を効率的に第１の開口部内に取り込むことができるため、熱交換を効果的に行うことができる。なお、第１の開口部１１ａｂの穴部１１ａｂａを開閉可能なように構成してもよい。この穴部１１ａｂａの開閉は、上記の要求加湿量に応じて制御することが好適である。
【００５８】
以上説明したように、第１実施形態によれば、循環流路１１を利用してバブラー本体１内の液相部２と気相部１０との熱交換を行うので、気相部１０の温度を液相部２の温度変化に速やかに追従させることができ、応答遅れなく加湿量の制御が可能となる。
【００５９】
（第２実施形態）
次に、本発明の第２実施形態について説明する。第１実施形態では、液相部２と気相部１０の全体に対して熱交換を行い、気相部１０全体の温度変化を速やかに液相部２の温度変化に追従させるようにして、加湿量の変動時における応答遅れを改善した。
【００６０】
これに対し、第２実施形態では、同様に循環経路１１を利用して液相部２と気相部１０との熱交換を行うのであるが、液相部２内の水と、気相部１０のうち主としてガス排出口付近の気体との間で積極的に熱交換を行うものである。第１実施形態のように、加湿ガスの加湿量制御の応答を改善するには気相部１０全体の温度が液相部２の温度に追従することが理想的ではあるが、前述の水の持ち去り現象を防止するなどの理由により気相部１０はある程度の容積が確保されるので、第１実施形態のように循環流路１１を用いて熱交換を行ったとしても、気相部１０内の温度を液相部２の温度に追従させるにはある程度の時間遅れが生じてしまうこともある。そこで、第２実施形態では、循環流路１１を用いた熱交換により、少なくともガス排出口４から排出される加湿ガスの加湿量は迅速に制御しようとするものである。
【００６１】
図８（ａ）に第２実施形態に係る加湿制御装置３１の概略構成図を示す。第２実施形態に係る加湿制御装置３１は、第１実施形態に係る加湿制御装置３０の構成に加えて、温度センサ１５、１６が配設されている。温度センサ１５は液相部２の温度を検出する。温度センサ１６は気相部１０の温度を検出する。
【００６２】
また、加湿制御装置３１は、バブラー上部１ａに位置する循環流路１１中であってガス排出口４近傍に熱交換器１４を備える。なお、特別な熱交換器１４を設けず、前述したようなバブラー上部１ａ全体を通過するような流路自体を熱交換器１４として使用することもできる。熱交換器１４は、前述したコントローラなどにより制御される。
【００６３】
なお、本実施形態の加湿制御装置３１において、第１実施形態の加湿制御装置３０と同一の構成要素については同一の符号を付し、その説明は省略する。
【００６４】
温度センサ１５及び１６の出力はコントローラへ供給される。コントローラは、液相部２と気相部１０との温度差が所定値以上になったことを検出した場合に、循環流路１１上のポンプ１２を作動させ、液相部２内の水の循環を行う。気相部１０からガス排出口４へ侵入した加湿ガスは、熱交換器１４により熱交換され、液相部２の温度に近い温度に制御される。これにより、気相部１０の温度変化に遅れが生じている場合でも、ガス排出口４から排出される加湿ガスは適切な加湿量に制御することができる。なお、第２実施形態においても、液相部２の温度を上昇させる場合と下降させる場合とで、循環流路１１内の循環方法を逆転させることは第１実施形態と同様である。
【００６５】
また、燃料電池５１などからの要求加湿量に応じて液相部２の温度を上昇又は下降させた場合、ある程度の時間が経過すると、液相部２と気相部１０の温度に差が無くなる。その後は、循環流路１１による循環を停止すればよい。即ち、コントローラは、温度センサ１５及び１６からの温度出力に所定以上の差がなくなったときにポンプ１２の作動を停止すればよい。
【００６６】
図８（ｂ）は、循環流路１１を用いた水の循環を行わない場合の、液相部２と気相部１０とガス排出口４から排出されるガスの温度変化について示した図である。図８（ｂ）は横軸に時間を示し、縦軸に温度変化を示している。符号Ａ１で示す曲線は、温度センサ１５が検出した液相部２の温度変化を示す。符号Ｄ１で示す曲線は、温度センサ１６が検出した気相部１０の温度変化を示す。符号Ｃ１で示す曲線は、ガス排出口４から排出される加湿ガスの露点温度の温度変化を示す。この場合、液相部２の温度を降温させるため（加湿量を大から小にする）、時刻Ｔにて、ヒーター５はオフにされ、ポンプ７及び冷却用熱交換器８がオンにされる。ポンプ７及び冷却用熱交換器８は、液相部２の温度又はガスの露点温度が目標温度Ｚとなるようにコントローラにより制御される。図８（ｂ）より、液相部２の温度は、時刻Ｔから間もなく目標温度Ｚに達していることがわかる。しかし、気相部１０の温度及びガスの露点温度は、目標温度Ｚに達するのに時間がかかっていることがわかる。なお、コントローラは、液相部２の温度が目標温度Ｚを超えるようにしてから（この場合には、目標温度Ｚ以下にまでに降温する）、液相部２の温度が目標温度Ｚにて安定するように制御を行うものする。
【００６７】
図８（ｂ）より、気相部１０の温度及びガスの露点温度の温度変化は、液相部２の温度変化に対して遅れることがわかる。これは、水とガスとの熱伝導率の差により生じている。また、気相部１０の温度と露点温度との差は、降温前のガスが新規ガスの流入により順次押し出されていくために生じている。即ち、ガスの露点温度は、単純に液相部２と気相部１０の温度不均一による影響以外に気相部１０内の履歴（即ち、気相部１０内の温度分布）の影響を受ける。
【００６８】
図８（ｃ）は、循環流路１１を用いて水を循環した場合の、液相部２と気相部１０と排出される加湿ガスの温度変化について示した図である。符号Ａ２で示す曲線は、温度センサ１５が検出した液相部２の温度変化を示す。符号Ｄ２で示す曲線は、温度センサ１６が検出した気相部１０の温度変化を示す。符号Ｃ２で示す曲線は、ガス排気口４から排出された加湿ガスの露点温度の温度変化を示す。この場合も、液相部２の温度を降温させるため（加湿量を大から小にする）、時刻Ｔにて、ヒーター５はオフにされ、ポンプ７及び冷却用熱交換器８がオンにされる。そして、ポンプ７及び冷却用熱交換器８は、液相部２の温度又はガスの露点温度が目標温度Ｚとなるようにコントローラにより制御される。
【００６９】
図８（ｃ）より、気相部１０の温度及びガス露点温度は、図８（ｂ）に示したものよりも温度変化が早いことがわかる。つまり、気相部１０の温度及びガス露点温度は、液相部２の温度変化に対して大きく遅れていないことがわかる。これは、循環流路１１を用いて水の循環を行うことにより、液相部２と気相部１０との間で熱交換が行われているからである。更に、ガスの露点温度は、液相部２の温度に対する応答遅れが気相部１０のものよいも小さいことがわかる。これは、ガス排出口４付近にて水を循環させているからである。つまり、ガス排出口４から排出されるガスに対しては確実に熱交換を行って温度を制御しているからである。
【００７０】
以上のように、第２実施形態に係る加湿制御装置３１は、循環流路１１を用いて液相部２の水を循環させることにより、液相部２と気相部１０との間で熱交換を行う。これにより、液相部２の温度変化に対する気相部１０の温度の応答遅れが減少される。また、ガス排出口４付近にて熱交換を行っているので、排出されるガスの露点温度の変化は、液相部２の温度変化より応答が早くなる。よって、気相部１０が液相部２に対して温度変化の遅れを有していても、少なくともガス排出口４から燃料電池５１へ供給されるガスの温度（即ち加湿量）は要求加湿量に応じて応答遅れなく適切に制御される。
【００７１】
なお、高湿度のガスを熱交換すると、過飽和にあった水分が結露してガス排出口４に液滴が侵入するといった不具合が生じることが考えられる。しかし、熱交換器１４にて凝縮される水分量が図８（ｃ）に示す領域Ｒに示すように限られているため、熱交換器１４内で凝縮した水がガスによって運搬されることはない（即ち、液滴がガス排出口４に入り込まない）。また、凝縮した水分は時間をかけて蒸発するため、限られた量であれば特別な排水機構を別途設ける必要はない。
【００７２】
なお、上記の実施形態において、ガス供給路３ａから供給されるガスの流量に応じて熱交換器１４に水を循環させる時間を短くしてもよい。バブラー本体１に流入する流量が小さいときは、気相部１０内でのガスの入れ替えが遅いため、熱交換に時間がかかる。そのため、流入する流量が小さいときは、積極的に熱交換器１４による熱交換を行う必要がある。一方、流量が大きいときは、気相部１０内でのガスの入れ替えが早いため、熱交換が短時間で行われるので熱交換器１４を使用しなくても比較的迅速に気相部１０の温度が液相部２の温度に追従する。そこで、例えばガス供給路３ａから供給されるガスの流量が多いほど熱交換器１４に水を循環させる時間を短くしてもよい。
【００７３】
（第３実施形態）
次に、本発明の第３実施形態に係る加湿制御装置３２について説明する。
【００７４】
図９は、第３実施形態に係る加湿制御装置３２の概略構成図を示す。加湿制御装置３２は、バブラー本体１と、バブラー上部１ａと、ガス供給口３と、ガス排出口４と、ヒーター５と、ポンプ７と、冷却用熱交換器８と、熱交換器１４と、流路１９、２０、２１と、三方弁２２と、を備えている。
【００７５】
第３実施形態に係る加湿制御装置３２は、基本的に第２実施形態による加湿制御装置３１と同様に、ガス排出口４近傍に配置した熱交換器１４で熱交換を行うことにより、少なくともガス排出口４から排出されるガスの加湿量を応答遅れなく制御するものである。但し、本実施形態の加湿制御装置３２は、１つのポンプ７を用いて液相部２と気相部１０との間で熱交換を行うための水の循環と、液相部２を冷却するための水の循環とを行う。具体的には、加湿制御装置３２は、上記した冷却機構６に三方弁２２を介して循環流路が接続された構成を有する。このような構成のみが上記した加湿制御装置３１と異なるため、それ以外の構成については説明を省略する。
【００７６】
加湿制御装置３２では、三方弁２２を用いて、流路１９に連通させる流路（流路２０と流路２１のいずれか）が選択可能となっている。流路１９上にはポンプ７が設けられており、流路２０上には冷却用熱交換器８が設けられている。よって、流路１９と流路２０を連通させると、上記した冷却機構６を形成する。即ち、流路１９と流路２０を連通させると、液相部２の水が冷却される。一方、流路２１中には、熱交換器１４が設けられている。この熱交換器１４は、加湿制御装置３１と同様に、ガス排出口４近傍に設けられている。よって、三方弁２２を切り替えて流路１９と流路２１を連通した場合は、液相部２の水が熱交換器１４を流通する。これにより、ガス排出口４付近の気相部１０と液相部２との間で熱交換が行われる。
【００７７】
なお、ポンプ７、冷却用熱交換器８、熱交換器１４、三方弁２２は、前述したコントローラなどによって制御される。また、第３実施形態においても、液相部２の温度を上昇させる場合と下降させる場合とで、循環流路２１内の循環方法を逆転させることは第１実施形態と同様である。
【００７８】
次に、本実施形態に係る加湿制御装置３２において、ポンプ７と三方弁２２を制御したときの装置内の温度変化について、図１０と図１１を用いて説明する。
【００７９】
図１０は、液相部２を冷却する際の（加湿量を大から小にする場合）、ポンプ７と三方弁２２の制御方法、及び加湿制御装置３２内の温度変化について示している。図１０（ａ）は、ポンプ７の作動状態を示すタイムチャートである（符号Ｅ３で示す線分）。ここでは、ポンプ７が作動しているか否か（オンかオフ）のみを示している。図１０（ｂ）は、三方弁２２の作動状態を示すタイムチャートである（符号Ｆ３で示す線分）。ここでは、流路１９が流路２０と連通しているか、又は流路１９が流路２１と連通しているかを示している。なお、ポンプ７及び三方弁２２は、コントローラによって制御される。コントローラは、温度センサ１５、１６が検出した温度などに基づいて制御を行う。
【００８０】
図１０（ｃ）は、このようにポンプ７と三方弁２２が制御された場合の、液相部２と気相部１０と排出されるガスの温度変化について示している。符号Ａ３で示す曲線は、温度センサ１５が検出した液相部２の温度変化を示す。符号Ｃ３で示す曲線は、温度センサ１６が検出した気相部１０の温度変化を示す。符号Ｄ３で示す曲線は、排出されるガスの露点温度の温度変化を示す。
【００８１】
まず、時刻Ｔ１において加湿量の減少、即ち液相部２の温度を下降させる制御を開始したとすると、三方弁２２は流路１９と流路２０を連通させて、ポンプ７の駆動を開始する。即ち、流路２０上に存在する冷却用熱交換器８を用いて、液相部２の水を冷却する。これにより、液相部２及び気相部１０の温度は下降していく（曲線Ａ３及び曲線Ｃ３で示す）。コントローラは、液相部２の温度が目標温度Ｚに達するまで、ポンプ７及び冷却用熱交換器８を制御する。この場合、時刻Ｔ２にて、液相部２の温度が目標温度Ｚに達する。
【００８２】
時刻Ｔ２では、三方弁２２は流路１９と流路２１を連通させ、ポンプ７により、冷却機構６側の水を熱交換器１４を通じて液相部２へ循環させる（矢印６６方向）。即ち、流路２１上に存在する熱交換器１４を用いて、ガス排出口４付近のガスと液相部２との間で熱交換を行う。これにより、曲線Ｄ３で示すガスの露点温度は下降していく。この場合、ガス排出口４にある熱交換器１４にて確実に熱交換が行われるので、排出されるガスの露点温度は急速に下降し、時刻Ｔ２’にて目標温度Ｚに達する。この場合、図１０（ｃ）に示すように、液相部２の温度とガスの露点温度において目標温度Ｚに達する時間の差は、（Ｔ２’−Ｔ２）の時間のみとなる。
【００８３】
コントローラは、気相部１０の温度が目標温度Ｚに達するまで、ポンプ７及び熱交換器１４を制御する。この場合、時刻Ｔ３にて、気相部１０は目標温度に達する。時刻Ｔ３以降は、ポンプ７の駆動を停止し、流路１９と流路２１を連通したままの状態を維持する。
【００８４】
なお、ポンプ７は、時刻Ｔ１から時刻Ｔ２の間は、回転数を大にして駆動するものとする。こうするのは、液相部２を即座に冷却するために、冷却用熱交換器８に流入させる流量を多くするためである。また、液相部２を冷却又は加熱していない場合には（例えば、図８において時刻Ｔ１以前や時刻Ｔ３以降）、流路１９と流路２１を連通させておく。この理由は、流路１９と流路２０を連通し続けると、液相部２内の水が冷却用熱交換器８に流れていき冷却される場合があるからである。
【００８５】
図１１は、液相部２を加熱する際の（加湿量を小から大にする場合）、ポンプ７と三方弁２２の制御方法、及び加湿制御装置３２内の温度変化について示している。図１１（ａ）は、ポンプ７の作動状態を示すタイムチャートである（符号Ｅ４、Ｅ５で示す線分）。ここでは、ポンプ７が作動しているか否か（オンかオフ）のみを示している。図１１（ｂ）は、三方弁２２の作動状態を示すタイムチャートである（符号Ｆ４で示す線分）。ここでは、流路１９が流路２０と連通しているか、又は流路１９が流路２１と連通しているかを示している。
【００８６】
図１１（ｃ）は、このようにポンプ７と三方弁２２が制御された場合の、液相部２と気相部１０と排出されるガスの温度変化について示している。符号Ａ４で示す曲線は、温度センサ１５が検出した液相部２の温度変化を示す。符号Ｃ４で示す曲線は、温度センサ１６が検出した気相部１０の温度変化を示す。符号Ｄ４で示す曲線は、熱交換器１４の温度変化を示す。
【００８７】
まず、時刻Ｔ４において加湿量の増加、即ち液相部２の温度を上昇させる制御を開始したとすると、コントローラはヒーター５を作動させ、ポンプ７の駆動を開始し、ヒーター５近傍の水を熱交換器１４を通じて循環させる（矢印６５の方向）。三方弁２２は、流路１９と流路２０を連通させると液相部２を冷却することになるので、流路１９と流路２０は連通させないようにする。基本的には、時刻Ｔ４以前では、流路１９と流路２１が連通した状態にあるので、三方弁２２を切り替える必要はない。この場合には、液相部２の加熱と、熱交換器１４による熱交換とを同時に行うことができる。よって、液相部２の温度と気相部１０の温度に対し、熱交換器１４の温度Ｄ４は、過渡変化時には常に高い値を維持できた状態で目標温度Ｚに達する。このため、ガス排出口４及びガス排出流路４ａでは水の凝縮や結露は生じない。時刻Ｔ５にて、気相部１０の温度又はガスの露点温度が、目標温度Ｚに達すると、コントローラはポンプ７の駆動を停止する。
【００８８】
なお、図１１（ａ）は、液相部２の温度調節（加熱又は冷却）を行っていない場合にも、定期的にポンプ７を駆動させている例を示している（波形Ｅ５参照）。これにより、液相部２と気相部１０の温度分布を、常に均一に維持することができる。更に、定期的にポンプ７を駆動することにより、ヒーター５以外の追加のヒーター（例えば、バブラー上部１ａの上部に設ける）を別途設けて制御を行う必要が無くなるので、そのような追加のヒーターが加湿量を減少する際の露点温度の応答遅れを生じさせることがない。
【００８９】
なお、本実施形態においても、ガス供給路３ａから供給されるガスの流量が多いほど熱交換器１４に水を循環させる時間を短くしてもよい。
【００９０】
（第４実施形態）
次に、本発明の第４実施形態に係る加湿制御装置３３について説明する。
【００９１】
図１２は、加湿制御装置３３の概略構成図を示す。加湿制御装置３３は、ガスを排出する流路として第１の流路２７と第２の流路２８が選択可能に構成されている。この構成のみが、前述した第３実施形態に係る加湿制御装置３２とは異なる。
【００９２】
第１の流路２７と第２の流路２８は、三方弁２６に接続されている。三方弁２６は、更にガス排出流路４ａに接続されている。三方弁２６は、ガス排出流路４ａに対して、第１の流路２７或いは第２の流路２８を連通させる。第１の流路２７には、流路２１上に設けられた熱交換器１４が配置されている。よって、ガス排出流路４ａと第１の流路２７を連通した場合は、熱交換器１４により熱交換されたガスが排出される。第２の流路２８は、熱交換器１４を経由せず、気相部１０内のガスがそのまま通過するよう設けられている。よって、ガス排出流路４ａと第２の流路２８を連通した場合は、気相部１０中のガスがそのまま排出される。なお、三方弁２６もコントローラにより制御される。コントローラは、加湿制御装置３２に流入する流量を取得して、上記のような三方弁２６の制御を行う。
【００９３】
このように、第１の流路２７と第２の流路２８を選択可能に構成したのは、加湿制御装置３３に流入する流量に応じて、これらの流路を切り替えるためである。流入する流量が小さいときは、気相部１０内でのガスの入れ替えが遅いため、熱交換に時間がかかる。そのため、流入する流量が小さいときは、積極的に熱交換器１４による熱交換を行う必要がある。一方、流量が大きいときは、気相部１０内でのガスの入れ替えが早いため、熱交換が短時間で行われるので熱交換器１４を使用しなくても比較的迅速に気相部１０の温度が液相部２の温度に追従する。また、流量が大きい場合は、熱交換器１４を通過するガスの流速（流路の径に依存する）が上昇してしまう傾向にあるため、熱交換器１４で凝縮した水の持ち去りが増える傾向にある。
【００９４】
そこで、流量が小さいときのみ熱交換器１４を用い（ガス排出流路４ａと流路２７を連通させる）、流量が大きいときは熱交換器１４を用いないようにする（ガス排出流路４ａと流路２８を連通させる）。これにより、熱交換器１４を常時用いなくてもよいため、熱交換器１４のサイズ（体格）を小さくすることができる。また、熱交換器１４を用いる時間が短縮されるので、エネルギー消費も少なくすることができる。更に、急激な流量増加時にも、熱交換器１４内にわずかに残っている液滴がガス排出流路４ａ内などに侵入してしまうこともない。
【００９５】
なお、第４実施形態の適用は、流入する流量の違いによって流路を切り替えることに限定されない。例えば、ガス供給路３ａから供給されるガスの流量が多いほど熱交換器１４に水を循環させる時間を短くしてもよい。
【図面の簡単な説明】
【００９６】
【図１】加湿制御装置が適用された燃料電池システムの概略構成を示す図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る加湿制御装置の概略構成を示す図である。
【図３】加湿量を増大／減少する場合の、循環流路内を循環させる水の方向について示した図である。
【図４】循環流路の第１の構成例を示す図である。
【図５】循環流路の第２の構成例を示す図である。
【図６】加湿制御装置内の水の跳ね上がり現象について示す図である。
【図７】第１実施形態による加湿制御装置内の温度変化を示す図である。
【図８】第２実施形態による加湿制御装置の構成及び加湿量を増大／減少する場合の加湿制御装置内の温度変化を示す図である。
【図９】本発明の第３実施形態に係る加湿制御装置の概略構成を示す図である。
【図１０】加湿量を減少させる場合の加湿制御装置内の温度変化を示す図である。
【図１１】加湿量を増大させる場合の加湿制御装置内の温度変化を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る加湿制御装置の概略構成を示す図である。
【符号の説明】
【００９７】
１  バブラー本体
１ａ  バブラー上部
２  液相部
３  ガス供給口
４  ガス排出口
５  ヒーター
６  冷却機構
７、１２  ポンプ
８  冷却用熱交換器
１０  気相部
１１  循環流路
１４  熱交換器
３０、３０ａ、３０ｂ、３１、３２、３３  加湿制御装置
５０  燃料電池システム
【図１】
2006004674.tif 000003
【図２】
2006004674.tif 000004
【図３】
2006004674.tif 000005
【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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